基于文獻計量的垃圾填埋場污染物研究現狀與趨勢分析*

龍於洋 范麗嬌 沈東升 朱 敏#

(1.浙江工商大學環境科學與工程學院，浙江 杭州 310012；2.浙江省固體廢物處理與資源化重點實驗室，浙江 杭州 310012)

目前，垃圾填埋場仍是我國生活垃圾的主要處置場所之一。由于早期生活垃圾并未經過嚴格分類，因此各種有毒有害物質會隨著生活垃圾進入垃圾填埋場，然后在填埋處置過程中隨著雨水滲透等作用溶出，形成含有較高濃度重金屬和有機污染物的垃圾滲濾液[1]。一些非正規垃圾填埋場以及封場后未經嚴格維護的垃圾填埋場容易出現垃圾滲濾液的泄漏、溢流而進入環境，對垃圾填埋場周邊的水、大氣、土壤等造成不同程度的污染[2-7]。因此，有諸多學者圍繞垃圾填埋場污染物的賦存狀態、去除效果及環境影響等問題展開了大量研究，并取得了重要進展[8-10]。關于垃圾填埋研究趨勢[11]、垃圾填埋氣[12]和溫室效應影響[13]等已有一些梳理和總結。然而，針對垃圾填埋場各種污染物對水、大氣、土壤等多種環境介質的影響還未有全面系統的分析。

文獻計量學是一門運用數學與統計學方法定量分析文獻分布結構、變化規律和數量關系，進而探討科學技術發展方向的學科[14]。目前，該研究方法已成為學者們分析文獻獲取領域研究熱點和發展動態等方面信息的重要途徑[15-17]。本研究以Web of Science (WOS)核心合集數據庫中2000—2020年相關文獻為基礎，借助科學知識圖譜繪制工具VOSviewer和CiteSpace軟件[18]，通過文獻計量學的方法對垃圾填埋場污染物領域相關文獻進行量化分析，圍繞垃圾填埋場影響的不同環境介質中重點關注污染物進行現狀和趨勢分析，以期為垃圾填埋場污染防治相關研究提供有益借鑒和參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

2021年3月1日在WOS核心合集數據庫中以“landfill”和“pollutant”或“contaminant”為檢索詞，設置檢索年限為2000—2020年，文獻類型為Article和Review，檢索得到3 240篇文獻。

1.2 研究方法

借助VOSviewer軟件(https://www.vosviewer.com/)對文獻的合作網絡中的作者、機構和國家(地區)進行分析，利用共現網絡分析方法對文獻中關鍵詞的共現信息進行量化分析，基于共現聚類的分析單元和聚類可視化效果解析信息的內容關聯和特征項所隱含的共現關系。使用CiteSpace軟件(https://citespace.podia.com/)對文獻中關鍵詞進行突現分析，揭示該研究領域的熱點動態和發展趨勢。

2 結果與討論

2.1 發文量及主要發文機構

由圖1可見，2000—2020年關于垃圾填埋場污染物研究的發文量總體呈逐年增加態勢，表明垃圾填埋場污染物持續受到世界各國的普遍關注。2015年以后總發文量更是直線上升，其中中國的發文量變化趨勢與總發文量高度一致，表明我國對垃圾填埋場污染問題的重視程度越來越高。

垃圾填埋場污染物領域論文發表數量前十的機構主要是高校和研究所(見表1)，其中有6個機構來自中國，分別是中國科學院、浙江大學、同濟大學、清華大學、中國環境科學研究院和上海交通大學，說明我國的研究機構在垃圾填埋場污染物領域已經具備較強實力。但需要注意的是，丹麥科技大學的發文量雖然排名第五，然而其發表的文章均篇被引頻次(86.00)和H指數(23)均為最高，在該領域有很大的影響力，同時也說明我國在垃圾填埋場污染物研究領域的單篇文章影響力還有待進一步提升。

圖1 2000—2020年垃圾填埋場污染物發文量變化趨勢Fig.1 Trends in the number of publications about landfill pollutants during 2000-2020

2.2 主要發文作者

本研究在WOS核心合集數據庫檢索到的2000—2020年垃圾填埋場污染物領域發文作者共11 439位，其中發文量排名前十的作者(不區分作者在文獻中的排序)見表2。其中，貝爾法斯特女王大學的ROWE R K、浙江大學的XIE H J和武漢大學的ZHANG H是發文量排名前三的學者。ROWE R K主要關注污染物阻隔屏障系統如土工合成材料黏土墊(GCL)、高密度聚乙烯(HDPE)土工膜等的長期性能研究[19-20]；XIE H J致力于填埋場多組分污染物在阻隔屏障中的運移機理與污染控制方法等研究[21-22]；而ZHANG H則聚焦于高級氧化技術如芬頓氧化處理垃圾滲濾液的研究[23-24]。拉曼大學的BASHIR M J K和華東師范大學的XIE B雖然發文量不是最多，但他們的均篇被引頻次排在前三，兩位學者分別致力于垃圾滲濾液的處理、垃圾填埋場新污染物的環境效應與控制研究。

表1 發文量前十的機構Table 1 Top 10 institutions in the number of publications

進一步利用共現網絡分析方法對垃圾填埋場污染物領域相關論文發表作者之間的合作關系進行分析可知(見圖2)，國內垃圾填埋場污染物研究領域發文較多的學者XIE H J與同屬于浙江大學的CHEN Y M存在密切的團隊合作關系，而發文量次高的國內學者ZHANG H與浙江工商大學的SHEN D S研究團隊也存在密切合作關系。發文量排名前十中華東師范大學XIE B和同濟大學ZHAO Y C為核心的研究團隊也存在一定的合作關系，而ROWE R K、AZIZ H A等國外高發文量的學者未出現在作者的共現網絡圖中。

2.3 高被引文章分析

對垃圾填埋場污染物研究領域的高被引文章進一步分析發現(見表3)，被引頻次排序前十的論文均屬于綜述型文章。這些高被引文章主要圍繞垃圾填埋場污染物的環境行為和垃圾滲濾液中污染物的去除技術，其中被引頻次排序前三的文章關注的是新污染物(如藥物、微塑料)、垃圾滲濾液的高級氧化和生物處理技術，說明垃圾填埋場污染物及其處理技術持續得到關注，特別是一些新污染物越來越受到關注，這也是這些高被引文章雖已發表超過10年，但仍得到大量關注的原因。

表2 發文量前十的作者Table 2 Top 10 authors in number of papers published

注：同一虛線圈表示可以聚為一類。圖3、圖5同。圖2 作者共現網絡Fig.2 Co-occurrence network of authors

表3 被引頻次前十的論文Table 3 Top 10 highly cited papers

2.4 垃圾填埋場污染物研究的熱點和發展趨勢

利用共現網絡分析方法對垃圾填埋場污染物領域相關論文高頻關鍵詞進行分析，形成5個主要聚類(見圖3)。聚類1主要是關于城市固體廢棄物及其處置過程中所關注的污染問題，包括垃圾填埋場土壤、污泥、飛灰等固相環境載體中重金屬、持久性有機污染物的毒性和風險評估等相關內容，出現頻次較高的關鍵詞有heavy metal、PAHs、VOCs、POPs和PBDEs等。城市固體廢棄物的處置及其污染控制一直是垃圾填埋場相關研究的熱點，其中重金屬污染問題最受關注[25-26]。同時，固體廢棄物處置過程中往往還涉及到有機污染物和填埋氣等的污染問題[27-28]。

聚類2主要是關于垃圾滲濾液或污廢水中有機污染物的去除、降解問題，出現頻次較高的關鍵詞有landfill leachate、removal、wastewater、organic pollutants、oxidations等。隨著生活垃圾數量及種類逐漸增多，垃圾滲濾液處理問題也日益嚴峻，由于其水質復雜、危害性大，特別是一些有機污染物通常很難去除，因此廢水處理工藝中的高級氧化技術如芬頓氧化、電化學氧化等受到廣泛關注，進一步開發綠色、高效的綜合處理技術處理垃圾滲濾液仍是當前世界各國急需解決的難題。

聚類3主要是關于垃圾填埋場周邊地表水和地下水中污染物的環境行為問題，出現頻次較高的關鍵詞有landfill、water、groundwater、heavy metal、transport等。在垃圾填埋處理過程中，防滲襯里由于機械、自然作用等會遭到破壞，垃圾滲濾液的收集和排泄系統也會因腐蝕而失去作用，導致垃圾滲濾液進入到周邊環境中，污染物經過一系列的吸附、遷移轉化最終進入到地下水、地表水等環境介質中，使得垃圾填埋場周邊地表水及地下水環境的污染問題日益突出。此外，垃圾填埋場污染物在阻隔屏障中的運移過程和阻控機理研究也是熱點問題之一[29-30]。因此，明確污染物在垃圾填埋場中的環境行為，如吸附、衰減、遷移轉化等，可為后續垃圾填埋場周邊環境風險評估及修復提供一定的理論依據。

聚類4主要是關于無機污染物氮元素的去除問題，denitrification、nitrification、nitrogen removal等關鍵詞集聚出現。垃圾填埋場是地下水氮污染的重要來源之一[31]，因此關于垃圾滲濾液中氮元素的去除是其處理中必不可少的步驟之一，主要工藝包括活性污泥法、生物反應器、序批式反應器等。

聚類5主要是關于垃圾填埋場中新污染物的環境行為和去除問題，出現頻次較高的關鍵詞有BPA、emerging pollutants、PAHs、personal care products、pharmaceuticals、pesticides等。這表明垃圾填埋場中新污染物的研究已引起學者們關注[32-33]，越來越多的新污染物可能在垃圾填埋場中被檢出，關于新污染物在垃圾填埋場中的環境行為和去除或將成為未來垃圾填埋場污染物研究領域的一大熱點。

使用CiteSpace軟件對關鍵詞進行突現分析，獲得了25個垃圾填埋場污染物領域的關鍵詞(見表4)，可以從一定程度上看出垃圾填埋場污染物研究的發展趨勢。分析可知：(1)最早開始突現的關鍵詞為Denmark，突現持續時間為2000—2006年，表明在該時間段內，丹麥在垃圾填埋場污染物領域的研究成果受到了廣泛關注，其中丹麥科技大學屬于發文量排名前十的機構，其發表的文章均篇被引頻次和H指數均最高(見表1)。(2)突現強度最高的關鍵詞為management，突現強度達到11.66，從2017年才開始突現，這是因為隨著城市固體廢棄物數量快速增長，世界各國都在迫切地尋找對城市固體廢棄物進行有效管理的可持續方法。2017年也正是我國開始大力推行垃圾分類之年。(3)突現持續時間最長的關鍵詞為organic compound，突現持續時間為2001—2016年，說明有機化合物在相當長的時間內都屬于垃圾填埋場污染物領域的重要關注對象，包括增塑劑、磷酸酯、取代酚類、芳香烴類等[34-35]。(4)突現時間出現最晚的關鍵詞為mechanism，最初突現時間為2018年，說明近年已開始著眼于垃圾填埋場污染物的環境行為和去除機制研究。

2.5 垃圾填埋場污染物在不同環境介質中的研究重點

垃圾填埋場污染物總體可以分為有機污染物和重金屬兩大類，大多隨垃圾滲濾液運移進入地表水、地下水、沉積物、土壤等其他環境介質中，有機污染物主要包括多氯聯苯、多環芳烴、酚類以及一些新污染物等，重金屬中鉛、鎘、鋅、銅、鉻、鎳出現頻率較高。圖4統計了垃圾填埋場主要污染物在不同環境介質中的出現頻次。相比地下水和沉積物，垃圾滲濾液、地表水和土壤中的污染問題更受關注。重金屬在不同環境介質中出現的頻次高于有機污染物。不同環境介質中不同重金屬出現頻次的比例總體相似，鉛為最受關注的重金屬。地表水中有機污染物出現的頻次比例與垃圾滲濾液中高度相似，但有機污染物在土壤和沉積物中出現的頻次比例卻與垃圾滲濾液、地表水存在明顯差異，不過多環芳烴在不同環境介質中出現的頻次都較高。

由于垃圾填埋場污染物研究中最關注的介質是垃圾滲濾液，而該介質對水土的影響遠大于對大氣的影響，導致溫室氣體(如甲烷等)和惡臭氣體(如硫化氫等)在關鍵詞共現網絡中出現頻次并不高，然而碳減排已是當前各個領域的研究熱點，惡臭問題又直接關乎民生，因此這兩類污染物也不應忽視。因此，下面分別以landfill和greenhouse gas、landfill和methane、landfill和carbon dioxide、landfill和hydrogen sulfide為檢索詞得到3 234篇文獻，其發文量與本研究檢索得到的發文總量(3 240篇)相當，表明垃圾填埋場的氣態污染物也備受關注，但目前的研究還不深入。垃圾填埋場氣態污染物的關鍵詞共現網絡如圖5所示，主要涵蓋的內容是垃圾填埋場的甲烷排放及甲烷氧化過程(聚類1)、厭氧消化及產甲烷過程(聚類2)、能源(沼氣)利用和管理(聚類3)、填埋氣(如甲烷、二氧化碳、硫化氫、氫氣等)的去除或利用(聚類4)。

3 總 結

(1) 2000—2020年，垃圾填埋場污染物領域的發文量總體呈逐年增加態勢，2015年后中國的發文量直線上升。

(2) 垃圾填埋場污染物研究發文的主要作者包括ROWE R K、XIE H J、ZHANG H、AZIZ H A、CHIEMCHAISRI C等，主要發文機構為中國科學院、浙江大學、同濟大學、清華大學、丹麥科技大學等。中國的機構雖然發文量多，但均篇被引頻次不是很高，表明我國在垃圾填埋場污染物研究領域的影響力還有待進一步提升。

(3) 垃圾填埋場污染物研究的熱點問題主要有5大類：①城市固體廢棄物及其處置過程；②垃圾滲濾液或污廢水中有機污染物的去除、降解；③垃圾填埋場周邊地表水和地下水中污染物的環境行為；④無機污染物氮元素的去除；⑤垃圾填埋場中新污染物的環境行為和去除。

(4) 垃圾填埋場污染物主要分為重金屬和有機污染物兩大類，其中重金屬在不同環境介質中出現的頻次高于有機污染物，填埋氣等氣態污染物造成的環境問題也不容忽視。

(5) 由于分析計量過程中篩選閾值設定等問題，分析結果存在一定的局限性，如新型阻燃劑、抗生素、抗性基因、病原菌等前沿問題因發表的文獻數量有限而未被作為熱點問題分析。

圖4 不同環境介質中主要污染物的出現頻次Fig.4 Occurrence frequency of main pollutants in different environmental media

圖5 氣態污染物關鍵詞共現網絡Fig.5 Keywords co-occurrence network of gaseous pollutants